Question

Una urna contiene $n$ canicas. Cada canica es roja o azul, y hay al menos $7$ canicas de cada color. Cuando se extraen al azar $7$ canicas de la urna sin reemplazo, la probabilidad de que exactamente $4$ de ellas sean rojas es igual a la probabilidad de que exactamente $5$ de ellas sean rojas. Halla la suma de los cinco menores valores de $n$ para los cuales esto es posible.

An urn contains $n$ marbles. Each marble is either red or blue, and there are at least $7$ marbles of each color. When $7$ marbles are drawn randomly from the urn without replacement, the probability that exactly $4$ of them are red equals the probability that exactly $5$ of them are red. Find the sum of the five least values of $n$ for which this is possible.

Respuesta

Respuesta: 190

Conceptos:muestreo sin reemplazo combinaciones Ecuación diofántica

Nivel de dificultad: 2390

Pista pequeña:

Escribe ambas probabilidades con coeficientes binomiales, $\binom{r}{4}\binom{b}{3}$ y $\binom{r}{5}\binom{b}{2},$ y cancela los factores comunes.

Write both probabilities with binomial coefficients, $\binom{r}{4}\binom{b}{3}$ and $\binom{r}{5}\binom{b}{2},$ and cancel the common factors.

Pista grande:

La ecuación se reduce a $5(b - 2) = 3(r - 4),$ así que $r \equiv 4 \pmod 5;$ recuerda que ambos colores necesitan al menos $7$ canicas.

The equation reduces to $5(b - 2) = 3(r - 4),$ so $r \equiv 4 \pmod 5;$ remember both colors need at least $7$ marbles.

Solución:

Digamos que hay $r$ canicas rojas y $b$ azules, $r, b \ge 7.$ La condición es $\binom{r}{4}\binom{b}{3} = \binom{r}{5}\binom{b}{2}.$ Como $\binom{r}{5} = \binom{r}{4}\frac{r-4}{5}$ y $\binom{b}{3} = \binom{b}{2}\frac{b-2}{3},$ al cancelar se obtiene $\frac{b - 2}{3} = \frac{r - 4}{5},$ es decir, $b = \frac{3r - 2}{5}.$

Así que $r \equiv 4 \pmod 5,$ y $b \ge 7$ requiere $3r - 2 \ge 35,$ por lo que $r \ge 14.$ Las cinco elecciones más pequeñas son $r = 14, 19, 24, 29, 34$ con $b = 8, 11, 14, 17, 20,$ que dan $n = 22, 30, 38, 46, 54.$

La suma es $22 + 30 + 38 + 46 + 54 = 190.$

Say there are $r$ red and $b$ blue marbles, $r, b \ge 7.$ The condition is $\binom{r}{4}\binom{b}{3} = \binom{r}{5}\binom{b}{2}.$ Since $\binom{r}{5} = \binom{r}{4}\frac{r-4}{5}$ and $\binom{b}{3} = \binom{b}{2}\frac{b-2}{3},$ cancelling gives $\frac{b - 2}{3} = \frac{r - 4}{5},$ that is, $b = \frac{3r - 2}{5}.$

So $r \equiv 4 \pmod 5,$ and $b \ge 7$ requires $3r - 2 \ge 35,$ so $r \ge 14.$ The five smallest choices are $r = 14, 19, 24, 29, 34$ with $b = 8, 11, 14, 17, 20,$ giving $n = 22, 30, 38, 46, 54.$

The sum is $22 + 30 + 38 + 46 + 54 = 190.$

2026 AIME II Problema 5

Respuesta: 190

Nivel de dificultad: 2390

Pista pequeña:

Pista grande:

Solución:

El Problema 5 en otros años